KR0174653B1 - Green-colored zirconia ceramic and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 녹색계통의 색상을 지니는 착색 지르코니아 세라믹스 및 그의 제조방법에 관한 것으로 시약급의 산화크롬(Cr2O3)20∼80중량%와, 이산화규소(SiO2)30∼70중량의 원료를 대기분위기에서 950∼1300℃로 하소하여 녹색의 안료를 제조하고, 3몰(mole)% 산화이트륨(Y2O3)으로 안정화된 산회지르코늄(ZrO2)또는 산화지르코늄에 5.5중량% 산화이트륨을 혼합한 원료에, 하소하여 제조된 안료를 2∼10중량% 첨가하여 성형체을 제조한 후 성형된 시편을 대기분위기로 1400∼1500℃에서 소결하여 녹색계통의 색상을 지니도록 하여서 된 것이다.The present invention relates to a colored zirconia ceramics having a green color, and a method for preparing the same, which comprises 20 to 80 wt% of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and 30 to 70 wt% of silicon dioxide (SiO 2 ). Calcined at 950-1300 ° C. in an air atmosphere to produce a green pigment, and 5.5 wt% yttrium oxide in zirconium oxide (ZrO 2 ) or zirconium oxide stabilized with 3 mol% yttrium oxide (Y 2 O 3 ). 2-10% by weight of the calcined pigment was added to the mixed raw materials to prepare a molded product, and the molded specimen was sintered at 1400-1500 ° C. in an air atmosphere to have a green color.
Description
본 발명은 녹색계통의 색상을 지니는 착색 지르코니아 세라믹스 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to colored zirconia ceramics having a green color and a method of manufacturing the same.
일반적으로 지르코니아의우수한 경도 및 인성등의 특성으로 인하여 착색된 지르코니아 세라믹스는 시계용 케이스(case), 시계밴드(band), 시계용 문자판, 넥타이 핀 등의 장식용품, 고급건재, 각종 구조재 등의 기계부품, 그리고 전자부품용 기판 등의 세라믹스 전자부품 들 각종 세라믹스 제품에 이용 가능성이 있다.In general, colored zirconia ceramics due to the excellent hardness and toughness of zirconia can be used to decorate such as watch cases, watch bands, clock faces, tie pins, etc. Ceramic electronic components such as components and substrates for electronic components may be used in various ceramic products.
지르코니아 세라믹스는 강도 및 경도 등의 우수한 기게적 특성을 지니고 있어, 실가이드(thread guide),각종 다이(die)들, 노즐류 및 각종 마모부품 등에 광범위하게 이용되고 있다.Zirconia ceramics have excellent mechanical properties such as strength and hardness, and are widely used in thread guides, various dies, nozzles, and various wear parts.
최근에는 이러한 우수한 특성을 이용하고 지르코니아 세라믹스에 여러 가지 색상을 지니게하여 각종 장식용부품으로 응용하려고 하고 있다.Recently, these excellent properties have been used and various colors have been applied to zirconia ceramics and various applications for decorative parts.
지금까지 제안된 녹색의 착색지르코니아 세라믹스에 관한 특허는 일본 공개특허공보 소59-105055, 소62-275060 및 평 3-35261 등이 있다.Patents related to green colored zirconia ceramics proposed so far include Japanese Laid-Open Patent Publication Nos. 59-105055, 62-275060, and 3-35261.
그런데 상기 일본 공개특허공보 소59-105055의 안료는 산화크롬(Cr2O3), 산화칼슘(CaO), 산화니켈(NiO) 및 이산화망간(MnO2)을, 일몬 공개특허공보 소62-275060의 착색안료는 텅스템(W)의 산화물을 0.3∼9중량% 함유하는 것을 그리고 일본 공개특허공보 평3-35261의 특허는 지르코니아를 주성분으로 하고 산환이트륨(Y2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 산화세륨(CeO2)등의 안정화제 및 0.1∼10 중량의 산화크롬(Cr2O3)의 안료를 함유하는 것을 특징으로 하므로 본 발명에서 제시한 안료와는 그의 화학 조성이 상이하다는 것이다.The pigments of JP-A-59-105055 include chromium oxide (Cr 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), nickel oxide (NiO), and manganese dioxide (MnO 2 ). Colored pigments contain 0.3 to 9% by weight of oxides of tungstem (W), and Japanese Patent Application Laid-open No. 3-35261 has zirconia as a main component and contains yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO). And a stabilizer such as calcium oxide (CaO) cerium oxide (CeO 2 ) and a pigment of 0.1 to 10 weight of chromium oxide (Cr 2 O 3 ). This is different.
착색 지르코니아 세라믹스를 장식부품등으로 사용하는데 있어서, 지르코니아 세라믹스의우수한 기계적 특성을 유지해야함과, 더불어, 지르코니아 소결체의 전체가 균일한 색상을 지니고 있어야 함으로, 본 발명에서는 녹색 계통의 색상을 갖는 착색 지르코니아 세라믹스를 제조하는데 그 목적이 있다.In using colored zirconia ceramics as decorative parts, the excellent mechanical properties of zirconia ceramics must be maintained, and the entire zirconia sintered body must have a uniform color. In the present invention, colored zirconia ceramics having a green color Its purpose is to manufacture.
이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 따로 산화이트륨 5.5 중량 %를 함유한 원료 90∼98 중양%와 안료 2∼10중량%를 함유하여 치말하게 소결된 녹색계 지르코니아 세라믹스 및 그의 제조방법과, 상기 방법에 있어서, 제시한 안료는 산화크롬(Cr2O3)20∼80중량% 및 이산화규소(SiO2) 30∼70중량%의 조성으로 구성되며, 그리고 대기분위기에서 950∼1300℃로 하소하는 것을 특징으로 하는 녹색계통의 안료와 상기 방법에서 제시한 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 따로 산화이트륨을 함유한 원료 90∼98중량%의 분말에 녹색안료 2∼210중량%와, 이산화규소(SiO2) 30∼70 중량%의 조성으로 구성되며, 그리고 대기분위기에서 950∼1300℃로 하소하는 것을 특징으로 하는 녹색계통의안료와 상기 방법에서 저제시한 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 따로 산화이트륨을 함유한 원료 90∼98중량%의 분말에 녹색안료2∼210중량%를 거대기 분위기에서 1400℃에서 1500℃로 소결하여 제조함에 의한다.The present invention having the above object is sintered with zirconia stabilized with 3 mol% yttrium oxide or zirconium oxide containing 90 to 98% by weight of raw material containing 5.5% by weight of yttrium oxide and 2 to 10% by weight of pigment. Green zirconia ceramics and a method for preparing the same, and in the above method, the pigment is composed of 20 to 80% by weight of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and 30 to 70% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ). And a green pigment 2, which is calcined at 950-1300 ° C. in an air atmosphere and 90-98% by weight of a raw material containing yttrium oxide separately from zirconium oxide or zirconium oxide as suggested in the above method. and ~210% by weight, silicon dioxide (SiO 2) consists of a composition of 30 to 70% by weight, and characterized in that the grid of the green pigment and the method that the calcination in the air atmosphere to 950~1300 ℃ It depends as prepared by sintering in the deadline going green pigment 2-210% by weight of yttrium oxide separately to the zirconium oxide or zirconium oxide in the powder material containing 90-98 percent by weight of the atmospheric air at 1400 ℃ to 1500 ℃.
본 발명은 우선 시약급의 산화크롬(Cr2O3) 20∼80중량%와, 이산화규소(SiO2) 30∼70중량%의 원료를 대기분위기에서 950∼1300℃로 하소하여 녹색의안료를 제조하고, 3몰(mole)%, 산화이트륨(Y2O3)으로 안정화된 산화지르코늄(ZrO2)또는 산화지르코늄에 5.5중량% 산화이트륨을 혼합한 원료에, 하소하여 제조된 안료를 2∼10중량% 첨가하여 성형제를 제조한 후 대기분위기에서 성형된 시편을 1400∼1500℃에서 소결하여 녹색 계통의 색상을 지니도록 하여서 된 것이다.The present invention first prepares a green pigment by calcining a raw material of 20 to 80% by weight of reagent grade chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and 30 to 70% by weight of silicon dioxide (SiO 2) at 950 to 1300 ° C. in an air atmosphere. 3-10 moles of zirconium oxide (ZrO 2 ) or zirconium oxide stabilized with yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or 5.5% by weight of yttrium oxide were mixed with a raw material prepared by calcining to prepare a pigment. After adding the weight% to prepare a molding agent, the molded specimen in an air atmosphere is sintered at 1400 ~ 1500 ℃ to have a green color.
이하, 본발명의 수치한정 이후에 대하여 설명한다.Hereinafter, the numerical limitation of the present invention will be described.
녹색의 안료조성에 산화크롬(Cr2O3)함량을 20∼80중량%로 제한한 것은 산화크롬 양이 20중량%이하로 낮으면 선명한 녹색의 색상을 지니기 어려우며, 그리고 그 함량이 80중량% 이상이되면 안정한 안료를 제조하기 어렵기 때문이다.Limiting the content of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) to 20 to 80% by weight in green pigment composition is difficult to have a vivid green color when the amount of chromium oxide is lower than 20% by weight, and the content is 80% by weight. This is because when it is abnormal, it is difficult to produce a stable pigment.
한편, 안료를 소정 조성으로 혼합하여 대기분위기에서 한번 하소하여, 다시 산화이트륨으로 안정화된 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 산화이트륨을 혼합한 원료에 첨가한 후, 시편을 성형하고 소결하는 이유는 안료를 안정된 상태로 만들어 지르코니아 세라믹스에 균일한 색상을 갖도록 하고자 하는 것이다.On the other hand, the pigment is mixed in a predetermined composition and calcined once in an air atmosphere, and then added to a raw material in which zirconium oxide stabilized with yttrium oxide or zirconium oxide is mixed with yttrium oxide, and then the specimen is molded and sintered. The goal is to make the zirconia ceramics have a uniform color.
또한 대기분위기에서 적당한 온도를 열처리하지 않으면 하소온도 및 분위기에 의해 녹색계통의 안료를 제조하기 곤란하기 때문이다.In addition, it is because it is difficult to produce a green pigment due to calcination temperature and atmosphere unless heat treatment is performed at an appropriate temperature in an air atmosphere.
3몰% 산화이트륨으로 안정화된 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 따로 산화이트륨을 5.5중량% 혼합된 원료에 하소하여 제조된 안료를 2∼10중량% 첨가하는 것은 안료의 첨가량 2중량% 이하로 되면 지르코니아 세라믹스에 녹색의 색상을 균일하게 하기가 곤란하며, 10중량% 이상 첨가되면 녹색 계통의 색상은 지니나 소결성을 저하시켜 다량의 기포(pore)가 존재하는 등의 착색 지르코니아 세라믹스의 기계적 특성을 저하시키기 때문이다.2-10% by weight of the pigment prepared by calcining zirconium oxide stabilized with 3 mol% yttrium oxide or zirconium oxide separately from 5.5% by weight of yttrium oxide is added to zirconia ceramics. It is difficult to make the green color uniform in the color, and when 10 wt% or more is added, the color of the green system is reduced in sintering property due to the deterioration of the sintering property of the colored zirconia ceramics such as the presence of a large amount of bubbles. .
그리고 대기분위기에서 1400∼1500℃로 소결하는 것은 소결분위기가 제어되지 않으면 선명한 녹색의 색상을 지니지 못하며, 소결운도가 1400℃보다 낮으면 소결이 재대로 진행되지 않아 치말한 착색 지르코니아 세라믹스를 제조할 수 없으며, 그리고 소결온도가 1500℃ 이상이 되면 지르코니아의 결정립(grain)이 성장하므로 지르코니아 세라믹스의 세계적 특성의 저하를 나타내게 하기 때문이다.And sintering at 1400 ~ 1500 ℃ in the air atmosphere does not have vivid green color if the sintering atmosphere is not controlled. If the sintering cloud is lower than 1400 ℃, the sintering does not proceed properly. This is because when the sintering temperature is 1500 ° C. or higher, grains of zirconia grow, thereby degrading the global characteristics of zirconia ceramics.
본 발명에 의해 제조되는 녹색계통의 지르코니아 세라믹스는 소정의 방법에 의해 제조된 안료 2∼10중량%를 3몰%로 안정화된 산화지르코늄 또는 산화지르코늄에 산화이트륨을 5.5중량% 혼합한 원료를 넣어 볼밀하여 건조하고 시편을 성형한 후, 대기분위기하에서 적절한 온도로 소결함에 의해 녹색부터 진한 녹색의 색상을 얻을 수 있다.Green-based zirconia ceramics produced by the present invention is a ball mill containing a raw material obtained by mixing 5.5% by weight of yttrium oxide in zirconium oxide or zirconium stabilized to 3 mol% of the pigment 2-10% by weight, prepared by a predetermined method. After drying and shaping the specimen, the green to dark green color can be obtained by sintering at an appropriate temperature in an air atmosphere.
제조된 녹색 지르코니아 세라믹스는 시계용 외장부품 및 넥타이 원동력 장식부품과 전자, 기기부품등으로 사용될 수 있다.Manufactured green zirconia ceramics can be used as watch exterior parts and tie motive power decoration parts, electronics, and machine parts.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
[실시예]EXAMPLE
산화크롬(Cr2O3) 80%중량% 및 이산화규소(SiO2)20중량%의 조성의 안료를 각각 950,1150 및Pigments having a composition of 80% by weight of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and 20% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ) were 950,1150 and
1300℃에서 하소하고 분쇄한 후, 이 제조된 안료 3∼15중량%를 시판되고 있는 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아 분말에 첨가하여 시편을 성형하고, 그리고 대기중에서 1300℃, 1400℃, 1450℃ 및 1500℃에서 60∼90분간 소결하였다.After calcining and pulverizing at 1300 ° C., 3-15% by weight of the prepared pigment was added to a commercially available 3 mol% yttrium oxide stabilized zirconia powder to form a specimen, and then 1300 ° C., 1400 ° C., 1450 in air. It sintered at 60 degreeC and 1500 degreeC for 60 to 90 minutes.
소결된 시편은 1 마이크론(㎛)의 다이아몬드 슬러리로 최종 연마한 후, 10㎏의 하중으로 20초 유지하여 경도를 측정하였으며, 그리고 파괴인성은 Niihara등 제안한 식에 의해 계산하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.After the final sintered specimen was polished with a diamond slurry of 1 micron (㎛), the hardness was measured by holding for 20 seconds at a load of 10 kg, and fracture toughness was calculated by the proposed formula such as Niihara and the results are shown in Table 1 below. Shown in
표 1에서 알수 있듯이 안료의 첨가량에 관계없이 1300℃로 소결된 시편의 연마면에는 다량의 기공(pore)이 존재하여 기계적물성이 매우 낮으며, 1300℃에서 하소한 안료 15중량%를 첨가하여 1400℃로 소결한 시편은 매우 낮은 경도 값을 나타내어 착식 지르코니아로는 적합하지 않았다.As can be seen from Table 1, regardless of the amount of pigment added, the surface of the specimen sintered at 1300 ° C had a large amount of pores, so the mechanical properties were very low, and by adding 15% by weight of pigment calcined at 1300 ° C, 1400 Specimens sintered at < RTI ID = 0.0 > C < / RTI > showed very low hardness values and were not suitable as complex zirconia.
* 시판되고 있는 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아 분말.Zirconia powder stabilized with 3 mol% yttrium oxide on the market.
* 소결된 시편의 색상은 1300℃에서 소결한 시편의 색상을 연한 녹색이라고 규정하고, 다른 시편들의 색상을 상대비교 하였음.* The color of the sintered specimen is defined as light green as the color of the specimen sintered at 1300 ℃ and compared with the color of other specimens.
[실시예2]Example 2
시판되고 있는 3목%, 산화이트륨(Y2O3)으로 안정화된 지르코니아 분말에 산화크롬(Cr2O3)50중량% 및 이산화규소(SiO2)50중량%의 조성의 안료를 실시예1과 같은 방법으로 제조한 후, 제조된 안료를 5∼10중량% 첨갛여 시편을 성형하고, 대기 분위기에서 1300℃, 1400℃, 1450℃ 그리고 1500℃에서 소결하였다.A pigment having a composition of 50% by weight of chromium (Cr 2 O 3 ) and 50% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ) was added to a zirconia powder stabilized with yttrium oxide (Y 2 O 3 ), which is commercially available. After the preparation in the same manner, the prepared pigment was added to 5-10% by weight of the specimen was molded and sintered at 1300 ℃, 1400 ℃, 1450 ℃ and 1500 ℃ in the air atmosphere.
소결된 시편은 실시예와 같은 방법으로 색상 및 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The sintered specimens were measured in color and physical properties in the same manner as in Example, and the results are shown in Table 2 below.
산화크롬(Cr2O3) 50중량% 및 이산화규소(SiO2)50중량% 의 조성을 지닌 안료가 5∼10중량% 첨가된 녹색 지르코니아는 소결온도가 1300℃로 낮으면 기계적물성이 저하되었으며, 1400∼1500℃로 소결된 시편은 비교적 양호한 색상 및 물성을 나타내었다.Green zirconia with 5-10% by weight of a pigment having a composition of 50% by weight of chromium oxide (Cr 2 O 3) and 50% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ) has a low mechanical property when the sintering temperature is low at 1300 ° C., 1400 Specimens sintered at -1500 ° C showed relatively good color and physical properties.
* 시판되고 있는 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아 분말.Zirconia powder stabilized with 3 mol% yttrium oxide on the market.
** 소결된 시편의 색상은 1300℃에서 소결한 시편의 색상을 연한 녹색이라고 규정하고, 다른 시편들의 색상을 상대비교하였음.** The color of the sintered specimen is defined as light green as the color of the specimen sintered at 1300 ℃, and the color of other specimens is compared.
[실시예 3]Example 3
산화크롬(Cr2O3) 30중량% 및 이산화규소(SiO2) 70중량%의 조성의 낭료를 실시예 1과 같은 방법으로 제조한 후, 시판되고 있는 3mol% 산화이트륨(Y2O3)으로 안정화된 지르코니아 분말에 제조된 안료를 2∼7중량% 첨가하여 시편을 성형하고 그리고 대기분위기에서 1300℃, 1400℃, 1450℃ 및 1500℃에서 소결하였다.30% by weight of chromium oxide (Cr 2 O 3) and 70% by weight of silicon dioxide (SiO 2) were prepared in the same manner as in Example 1, and then stabilized with commercially available 3 mol% yttrium oxide (Y 2 O 3 ). Specimens were formed by adding 2-7% by weight of the pigment prepared to the prepared zirconia powder and sintered at 1300 ° C, 1400 ° C, 1450 ° C and 1500 ° C in an air atmosphere.
소결된 시편은 실시예 1과 같은 방법으로 색상 및 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.The sintered specimens were measured in color and physical properties in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3 below.
이 조성의 안료는 발색을 일으키는 산화크롬(Cr2O3)의 양이 실시예 1 및 2 보다 작으므로 채도가 낮은 즉 어두운 녹색의 색상을 지녔으나, 안료의 양이 7중량%로 증가한 시편에서는 비교적 선명한 녹색의 색상을 지녔다.The pigment of this composition had a lower saturation, that is, a dark green color because the amount of chromium oxide (Cr 2 O 3 ) causing color development was lower than that of Examples 1 and 2, but in the specimens in which the amount of pigment increased to 7% by weight, It has a relatively vivid green color.
실시예 1과 2의 경우와 동일하게 소결온도가 낮은 시편에서는 다량의 기공이 존재하여 물성이 저하되었다.As in the case of Examples 1 and 2, a large amount of pores existed in the specimen having a low sintering temperature, thereby deteriorating physical properties.
이상과 같은 본 발명의 방법으로 제조된 녹색 계통의 지르코니아 세라믹스는 소정의방법에 의해 제조된 안료 2∼10중량%를 3몰%로 안정화된 산화지르코늄 또는 산화이트륨을 5.5중량% 혼합한 원료에 넣어 볼밀하여 건조하고, 시편을 성형한 후, 대기분위기하에서 적절한 온도로 소결함에 의해 녹색부터 진한 녹색의 색상을 얻을 수 있는 효과가 있다.Green zirconia ceramics prepared by the method of the present invention as described above are placed in a raw material mixed with 5.5% by weight of zirconium oxide or yttrium oxide stabilized to 3 mol% of 2 to 10% by weight of the pigment prepared by a predetermined method. After ball-drying and drying the specimen, the specimen is sintered at an appropriate temperature in an air atmosphere to obtain a green to dark green color.
* 시판되고 있는 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아 분말.Zirconia powder stabilized with 3 mol% yttrium oxide on the market.
** 소결된 시편의 색상은 1300℃에서 소결한 시편의 색상을 연한 녹색이라고 규정하고, 다른 시편들의 색사을 상대비교 하였음.** The color of the sintered specimen was defined as light green as the color of the specimen sintered at 1300 ℃. The color yarns of the other specimens were compared.
[실시예 4]Example 4
안정화되지 않은 산화지르코늄(ZrO2)89.5중량%, 산화이트륨(Y2O3)5.5중량% 및 실시예 3의조성은 안료를 950℃에서 하소시켜 제조한 안료 5중량%를 첨가하여 시편을 성형하고 그리고 대기분위기에서 1300℃, 1400℃ 및 1500℃,90분간 소결하였다.The unstabilized zirconium oxide (ZrO 2 ) 89.5% by weight, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) 5.5% by weight and the composition of Example 3 was added to form the specimen by adding 5% by weight of the pigment prepared by calcining the pigment at 950 ℃ And sintered at 1300 ℃, 1400 ℃ and 1500 ℃, 90 minutes in the air atmosphere.
소결된 시편은 실시예 1과 같은 방법으로, 표 4에 색상 및 특성을 나타내었다.The sintered specimens were shown in Table 4 in the same manner as in Example 1, color and properties.
산회지르코늄에 산화이트륨과 안료 5중량%를 각각 혼합하여 소결한 시편의 물성은 3몰% 산화이트륨으로 안정화된 지르코니아 분말에 안료를 혼합하여 소결한 시편의 물성값 보다는 다소 낮았으며, 그리고 1300℃로 소결한 시편은 착색지르코니아는 적합하지 않았다.The physical properties of the specimens sintered by mixing yttrium oxide and 5% by weight of pigmented zirconium were slightly lower than those of the specimen sintered by mixing the pigment with zirconia powder stabilized with 3 mol% yttrium oxide and sintered at 1300 ° C. One specimen was not suitable for colored zirconia.
* 실시예3조성의 안료를 950℃에서 하소시킨 안료.Example 3 Pigment calcined composition at 950 ° C.
** 소결된 시편의 색상은 1300℃에서 소결한 시편의 색상을 연한 녹색이라고 규정하고, 다른 시편들의 색상을 상대비교하였음.** The color of the sintered specimen is defined as light green as the color of the specimen sintered at 1300 ℃, and the color of other specimens is compared.
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-
1996
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KR20210113583A (en) | 2020-02-03 | 2021-09-16 | 박민우 | Zirconia powder having black color, laminate pattern ceramic sintered body using the powder, and method for manufacturing the same |
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